COMUNE DI CUNICO Provincia di Asti

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1 22b/2012 COMUNE DI CUNICO Provincia di Asti Proprietà: SOCIETA' AGRICOLA MOLINASSO ENERGY A.R.L. Strada Montà Località Stazione Progetto: LAVORI DI REALIZZAZIONE IMPIANTO PER LA PRODUZIONE ENERGIA ELETTRICA E TERMICA DA BIOGAS PRODOTTO DALLA FERMENTAZIONE DI BIOMASSE AGRICOLE RELAZIONE GEOTECNICA Chivasso, 26/07/2012 STUDIO DI GEOLOGIA ed INDAGINI GEOTECNICHE dott. Geol. Mauro Castelletto Via Torino, Chivasso Tel Fax E mail: mauro.castelletto@geologipiemonte.it

2 1 1. PREMESSA La presente relazione è stata redatta ai sensi del D.M. 14/01/2008: Nuove norme tecniche per le costruzioni, e della Circolare 02/02/2009 n 617 Istruzioni per l'applicazione delle Nuove norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14/01/2008, secondo cui le scelte progettuali devono tener conto delle prestazioni attese alle opere, dei caratteri geologici del sito e delle condizioni ambientali. Scopo della seguente indagine è quello di redigere uno studio rivolto alla caratterizzazione e alla modellazione geotecnica col fine di verificare la possibilità tecnica di procedere alla realizzazione di fondazioni dirette superficiali in funzione delle caratteristiche geotecniche del terreno di fondazione. In precedenza é stata redatta una Relazione Geologica alla quale si rimanda per quanto concerne la caratterizzazione e modellazione geologica del sito. A tale relazione si é fatto riferimento per quanto concerne la caratterizzazione geotecnica dei terreni. Si è proceduto mediante: raccolta ed organizzazione dei dati geologici esistenti; esecuzione di n 3 prove penetrometriche dinamiche. 2. UBICAZIONE DELL AREA L area interessata dalle opere in progetto è situata nel Comune di Cunico, in prossimità del margine Sud-orientale del territorio comunale, nei pressi del confine con il Comune di Cortanze e di Montiglio (Colcavagno), in Strada Montà (Località Stazione), in corrispondenza del fondovalle del Torrente Versa, in destra orografica, ad una quota di circa m slm. Dall estratto di mappa catastale le opere risultano ubicate nel Foglio n. 8 mappali n (parte) del Comune di Cunico; mentre l'area interessata dall'opera in progetto presenta una superficie complessiva di circa mq OPERE IN PROGETTO I lavori prevedono la realizzazione di un impianto di produzione biogas con utilizzo di biomasse agricole prodotte dall azienda stessa e deiezioni animali

3 2 (letame bovino) provenienti da allevamenti terzi posti nelle vicinanze. Principalmente, l impianto si compone di vasche in c.a. stagne, in parte interrate, trincee di stoccaggio e fabbricati quali: n. 2 vasche (digestore primario) del diametro Ø = 21,50 m; n. 2 vasche (stoccaggio e digestore secondario) del diametro Ø = 24,50 m; n. 1 vasche (stoccaggio liquido separato) del diametro Ø = 30,00 m; n. 1 vasche (prevasca) del diametro Ø = 12,50 m; una serie di trincee per stoccaggio materiale (tritticale, mais e sorgo) delle dimensioni laterali di 21 m * 42 m; una vasca di raccolta acque meteoriche e percolati delle dimensioni laterali di 6 m * 8 m; un fabbricato da adibire ad uffici e spogliatoio delle dimensioni laterali di 5 m * 10 m; una serie di locali tecnici ed accessori all'attività. Per la realizzazione delle opere in progetto sono previsti degli scavi del terreno per l'interramento di parte delle vasche in progetto e per l'esecuzione delle opere fondazionali delle strutture e fabbricati previsti. 4. ASSETTO LITOSTRATIGRAFICO Al fine di esplorare direttamente il sottosuolo su cui verranno intestate le fondazioni delle nuove opere in progetto, nel mese di luglio 2010, sono state effettuate delle indagini. In particolare, sono state realizzate n 3 prove penetrometriche dinamiche (DIN1 DIN3) spinte fino ad una profondità di circa 8 metri dall'attuale piano campagna (i cui elaborati sono riportati nell'allegato 1 della Relazione Geologica datata 23/04/2012). Le prove penetrometriche hanno evidenziano la presenza di tre livelli principali di depositi caratterizzati da una granulometria e un grado di addensamento differente. In particolare, é stata riscontrata la presenza di un livello superficiale rappresentato da depositi limoso-sabbiosi, poco compatti e poco addensati per uno spessore variabile da circa 3.80 metri (prova DIN3) a circa 4.60 metri (prova DIN1). Al di sotto dei depositi fini limoso-sabbiosi sono presenti dei depositi di natura argilloso-limosa fino a circa 6.40 m di profondità, e poi seguono dei depositi di natura argillosa (probabile substrato terziario pliocenico) che

4 3 risultano caratterizzati da un buon grado di compattazione che aumenta con l'aumentare della profondità. Questa ricostruzione litostratigrafica é stata confermata, per la parte più superficiale fino a circa 2.50 metri di profondità, da una serie di pozzetti eseguiti in sito per indagini archeologiche nei mesi di maggio-giugno Una dettagliata stratigrafia dei terreni attraversati dalle prove penetrometriche è riportata nella seguente tabella. Profondità (m) Descrizione materiale /4.60 Copertura superficiale. Depositi limoso sabbiosi debolmente argillosi di esondazione fluviale e di riempimento del fondovalle di colore grigio-nocciola, poco addensati, caratterizzati da scadenti parametri geotecnici (Olocene). (N colpi/dm) 3.80/ Depositi argilloso limosi di colore bruno-nocciola, mediamente compatti, caratterizzati da mediocri parametri geotecnici (depositi fluviali e substrato terziario alterato, Olocene-Pliocene). (N colpi/dm) Depositi argillosi compatti di colore nocciola da mediamente a ben compatti, caratterizzati da mediocri a buoni parametri geotecnici (substrato terziario, Pliocene). (N colpi/dm) All'interno dei fori eseguiti durante le prove penetrometriche dinamiche non é stata rilevata la presenza della falda acquifera in nessuno dei tre fori eseguiti durante le prove, nonostante il periodo non sia stato particolarmente siccitoso. Le indagini effettuate dallo scrivente evidenziano la presenza di livelli piezometrici e di falda acquifera alla profondità di 2.20 m e di 4.18 m nella vicina struttura agricola a Nord del sito interessato dalle opere in progetto. Pertanto, non si esclude che durante la fase esecutiva delle opere in progetto, in particolare in occasione degli scavi previsti, sia possibile riscontrare la presenza di venute o infiltrazioni d'acqua. Tali venute potrebbero non costituire una vera e propria falda, ma delle percolazioni all'interno degli strati probabilmente collegate ad un limite di contatto tra materiale permeabile e impermeabile oppure poste all'interno di intercalazioni costituite da materiali permeabili.

5 4 5. CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOTECNICA DEL TERRENO La caratterizzazione geotecnica è stata effettuata utilizzando i dati provenienti da n 3 prove penetrometriche dinamiche eseguite dallo scrivente nel mese di luglio Le prove sono state eseguite nelle zone interessate dalle opere principali ossia in prossimità dei manufatti in progetto per i quali é previsto un parziale interramento degli stessi. Le prove penetrometriche dinamiche sono state eseguite utilizzando un Penetrometro Dinamico Deep Drill DM30 (penetrometro DPM medio secondo la classificazione ISSMFE, 1998), con peso della massa battente di 30 kg e altezza di caduta del maglio pari a 20 cm. I risultati delle prove penetrometriche dinamiche vengono espressi in termini di N 10, intendendo con tale quantità il numero di colpi necessario all avanzamento della punta standard (area punta 10 cm 2 ) per un tratto di 10 cm. Il limite massimo per la penetrazione di ogni singolo tratto di 10 cm è di 60 colpi; al di sopra di tale valore si intende che il terreno offre rifiuto alla penetrazione. La caratterizzazione geomeccanica dei terreni è stata eseguita al fine di fornire dei parametri per calcoli geotecnici Parametri geotecnici I parametri utilizzati per caratterizzare i materiali presenti nell area oggetto d indagine sono stati determinati sulla base dei risultati delle prove penetrometriche dinamiche. Questo tipo di prove fornisce indicazioni sul grado di addensamento dei materiali e, mediante correlazioni disponibili in letteratura tecnica, consente di stimare le principali caratteristiche di resistenza e deformabilità dei terreni, sulla base del numero di colpi N 10 ottenuti durante le prove. Sulla base dei risultati ottenuti dalle prove penetrometriche dinamiche è stato possibile suddividere il sottosuolo indagato fino alla profondità di circa 8.00 m dall'attuale piano campagna in n 3 orizzonti caratterizzati da un differente grado di compattazione che generalmente aumenta con l'aumentare della profondità. Nella seguente tabella sono stati indicati i principali parametri geotecnici di natura coesiva che caratterizzano i n 3 livelli individuati:

6 5 MATERIALE Profondità (m) γ ' (kn/m 3 ) φ ' ( ) φ CV ( ) Dr (%) Cu (kpa) Ed (MPa) N 10 DM30 N SPT Limi sabbiosi / Argille limose 3.80/ Argille compatte 6.40 > dove: γ ': Peso di Volume φ ': Angolo di resistenza al taglio (Road Bridge Specification, 1980) φ CV : Angolo di resistenza al taglio a volume costante (Lambe & Whitman, 1969) Dr: Densità relativa (Terzaghi e Peck, 1948, 1967) Cu: Coesione non drenata (Terzaghi & Peck, 1948, 1967) Ed: Modulo edometrico (Stroud e Butler, 1975) N 10 DM30 N SPT : Numero di colpi (N) per una penetrazione della punta di 100 mm del Penetrometro Dinamico medio (DM30-Deep Drill) Valore normalizzato del numero di colpi avente come riferimento la prova SPT (Standard Penetration Test), ovvero numero di colpi (N) per una penetrazione del campionatore di circa 300 mm (Vannelli & Benassi, 1983). I valori riportati nella precedente tabella evidenziano che fino alla profondità di circa 3.80/4.60 metri dall'attuale piano campagna il terreno è caratterizzato da scadenti parametri geotecnici (limi sabbiosi). Lo strato di terreno riscontrato a partire da circa 3.80/4.60 m e fino a circa 6.40 m (argille limose) risulta caratterizzato da mediocri parametri geotecnici. Lo stato inferiore (argille compatte), riscontrato a partire da profondità superiori a 6.40 m, risulta caratterizzato da buoni parametri geotecnici. Nel 8.1 Prescrizioni tecniche della Relazione Geologica redatta in data 23/04/2012 si evidenziava, in considerazione della natura litostratigrafica e geotecnica del terreno riscontrato a seguito delle indagini eseguite, di realizzare per le opere in progetto una fondazione che deve intestarsi tassativamente almeno all'interno dello strato caratterizzato da argille limose, riscontrato a partire da una profondità che varia da circa 3.80 metri (nella prova DIN3) a circa 4.60 metri (nella prova DIN1). Potrà anche essere valutata la soluzione di bonifica del terreno con asportazione del materiale geotecnicamente scadente e sostituzione dello stesso con materiale drenante (ghiaia e ciottoli) caratterizzato da parametri geotecnici

7 6 buoni, per spessori non inferiori a metri, oppure riducendo parzialmente tale spessore a seguito di posa di telo geocomposito (geogriglia in PP + geotessile) tipo TENAX GT 440, da utilizzare per la stabilizzazione di sottofondi, ottenuto accoppiando una geogriglia biorientata a struttura regolare costituita da polimeri aventi alta resistenza meccanica e notevole inerzia chimica, fisica e biologica, e stabilizzati all azione dei raggi U.V. con aggiunta di nerofumo ed accoppiata per termosaldatura ad un geotessile anticontaminante da 140 g/m². Pertanto, i calcoli di stima della capacità portante effettuati ed indicati nel presente rapporto geotecnico prevedono di intestare le fondazioni delle opere in progetto su uno strato di materiale drenante di bonifica di natura ghiaiosaciottolosa con matrice sabbiosa ben costipato, in sostituzione di quello attuale che risulta caratterizzato da scadenti parametri geotecnici, dello spessore sopra indicato, posato su telo di geocomposito (geogriglia + geotesiile) di cui sopra. Il materiale su cui intestare le fondazioni, a seguito della stesura e compattazione dello stesso e la posa di telo geocomposito, dovrà avere le seguenti caratteristiche geomeccaniche: γ ': 19 (kn/m 3 ) Peso di volume φ CV : 27 Angolo di resistenza al taglio a volume costante c' : 0 kpa coesione drenata 5.2. Stima della capacità portante Per il calcolo della capacità portante é stato utilizzato il Metodo di verifica agli stati limite (Capitolo 2.6 del D.M. 14/01/2008). Sono stati effettuati dei calcoli al fine di stimare la capacità portante, sulla base dei dati geotecnici a disposizione. In considerazione della natura litostratigrafica del sottosuolo sono stati eseguiti dei calcoli, ipotizzando di realizzare per le varie strutture ed elementi previsti in progetto delle opere fondazionali le cui dimensioni sono riportate nella seguente tabella:

8 7 STRUTTURA TIPO fondazione B (m) L (m) D (m) Vasca digestore primario platea circ Vasca stoccaggio e digestore secondario platea circ Vasca stoccaggio liquido separato platea circ Prevasca platea circ Trincee per stoccaggio materiale continua Vasca di raccolta acque meteoriche platea Fabbricato uffici e spogliatoio continua dove: B = larghezza fondazione L = lunghezza fondazione D = profondità fondazione Verifiche allo stato limite ultimo (SLU) dell'insieme fondazione -terreno (GEO) Sono eseguite le verifiche allo SLU di tipo geotecnico (GEO) nei confronti del collasso per carico limite dell'insieme fondazione-terreno, tenendo conto dei valori dei coefficienti parziali riportati nelle Tabelle 6.2.I, 6.2.II e 6.4.I del D.M. 14/01/2008. Vedi seguente tabella:

9 8 La Normativa richiede che venga seguito almeno uno dei due approcci di seguito indicati: APPROCCIO 1: Combinazione 1: (A1 + M1 + R1) Combinazione 2: (A2 + M2 + R2) APPROCCIO 2: Combinazione 1: (A1 + M1 + R3) La verifica della sicurezza nei riguardi degli stati limite ultimi di resistenza si effettua con il metodo dei coefficienti parziali di sicurezza espresso dalla equazione formale: R d E d dove: R d E d é la resistenza di progetto, valutata in base ai valori di progetto della resistenza dei materiali e ai valori nominali delle grandezze interessate é il valore di progetto dell'effetto delle azioni, valutato in base ai valori di progetto F dj = F kj * γ Fj delle azioni, o direttamente E dj = E kj * γ Ej La verifica geotecnica (GEO) allo stato limite ultimo (SLU) con l'approccio 1 Combinazione 1 differisce dalla verifica con l'approccio 2 solo nei coefficienti parziali γ R da applicare alla resistenza R. Poiché i valori di γ R dell'approccio 2 (R3) sono maggiori di quelli dell'approccio 1 Combinazione 1 (R1) (vedi tabella D.M. 14/01/2008), quest'ultima verifica é sempre meno cautelativa della precedente e può essere omessa. Per il calcolo della capacità portante in questi terreni si è applicata la formula di BRINCH-HANSEN (1970), rivista seconda l'espressione dell'eurocodice 7 (EC7). dove: q LIM = ½ γ B N γ s γ i γ b γ g γ + c N c s c d c i c b c g c + q N q s q d q i q b q g q q LIM = portata unitaria agente sul piano di fondazione che determina la rottura del terreno per raggiunto limite della resistenza al taglio γ = peso di volume del terreno sotto il piano di fondazione c = coesione drenata N γ N q N c = fattori di capacità portante dipendenti da φ s g s q s c = fattori di forma della fondazione i g i q i c = fattori correttivi per inclinazione del carico

10 9 b g b q b c = fattori correttivi per inclinazione della base fondazione g y g c g q = fattori correttivi per inclinazione del piano campagna d c d q = fattori dipendenti dalla profondità del piano di posa Le soluzioni teoriche per la determinazione della capacità portante di fondazioni superficiali con il metodo dell'equilibrio limite si riferiscono al meccanismo di rottura generale e assumono che il terreno non si deformi ma che i blocchi che identificano il cinematismo di rottura abbiano moto rigido. Quando tale ipotesi è lontana dall'essere verificata, ovvero per terreni molto compressibili, argille molli e sabbie sciolte, il meccanismo di rottura è locale o per punzonamento. Un metodo approssimato semplice, suggerito da Terzaghi, per tenere conto dell'effetto della compressibilità del terreno di fondazione sulla capacità portante consiste nel ridurre di 1/3 i parametri di resistenza al taglio, ovvero nell'assumere come dati di progetto i valori:2, c u * = 0,67 c u tan φ = 0,67 tan φ in condizioni non drenate in condizioni drenate Nel nostro caso la riduzione di Terzaghi non viene applicata in quanto i terreni di fondazione non risultano argille molli o sabbie sciolte Verifiche in condizioni a lungo termine, drenate Il calcolo è eseguito in termini di tensioni totali. I parametri geotecnici iniziali del terreno di fondazione utilizzati per i calcoli geotecnici sono: γ ': 19 (kn/m 3 ) Peso di volume φ CV : 27 Angolo di resistenza al taglio a volume costante c' : 0 kpa coesione drenata Nel caso di fondazioni intestate a profondità pari o superiori a 3.50 metri é stata ipotizzata, in via cautelativa, la possibile presenza d'acqua nel terreno ( γ ': 9 kn/m 3 ) anche se la stessa non é stata rilevata nei fori di perforazione durante l'esecuzione delle prove penetrometriche. Tali valori dovranno essere poi parzializzati con i coefficienti della Tabella 6.II.2 sopra indicata del D.M. 14/01/2008, mentre l'angolo di resistenza al taglio φ ' é stato parzializzato come sotto indicato:

11 10 Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2) Approccio 2 (A1+M1+R3) φ ',k = φ '* = - - tan φ ',k = 0,51 0,51 tan φ ',d = 0,408 0,51 φ ',d = 22,18 27 dove: φ ',k Angolo di resistenza al taglio stimato da indagini φ '* = Angolo di resistenza al taglio stimato con riduzione Terzaghi tan φ ',k = Tangente dell'angolo di resistenza al taglio stimato da indagini tan φ ',d = Tangente dell'angolo di progetto φ ',d = Angolo di resistenza al taglio di progetto (φ ',d = φ ',d * / γ φ ' ) I calcoli effettuati, ipotizzando valori di eccentricità nulla ovvero fondazioni soggette a carico baricentrico (verticale) e non a carico inclinato, per le fondazioni calcolate permettono di valutare i carichi e le resistenze del sistema geotecnico sotto indicati: Dimensioni Fondazione (m) Approccio 1 Combinazione 2 (A2+M2+R2) Q LIM,d (kpa) R (kn) R d (kn) Q ULT (kpa) Q LIM,d (kpa) Approccio 2 (A1+M1+R3) R (kn) R d (kn) Q ULT (kpa) 21.5 * 21.5 * * 24.5 * * 30.0 * * 12.5 * * 42.0 * * 8.0 * * 10.0 * dove: Q LIM,d = R = R d = Q ULT = Capacità portante totale di progetto (carico limite) Resistenza del sistema geotecnico Resistenza di progetto del sistema geotecnico Capacità portante ultima di progetto (carico ultimo = Q LIM,d /R)

12 11 Pertanto, a completamento dell'analisi di verifica si dovrà verificare che: R d E d dove E d corrisponde al valore di progetto dell'azione: E d = γ G * (G k + G fond,k ) + γ Q * Q k Attualmente i valori di: G k = Q k = carico permanente verticale centrato trasmesso alla fondazione carico variabile verticale centrato trasmesso alla fondazione non sono disponibili allo scrivente per il completamento della verifica.

13 12 6. CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE Sulla base delle indagini e dei rilievi effettuati è possibile compiere alcune considerazioni. Dal punto di vista litostratigrafico il sito oggetto d'indagine è caratterizzato dalla presenza di tre livelli principali di depositi caratterizzati da una granulometria e un grado di addensamento differente. In particolare, é stata riscontrata la presenza di un livello superficiale rappresentato da depositi limoso-sabbiosi, poco compatti e poco addensati per uno spessore variabile da circa 3.80 metri (prova DIN3) a circa 4.60 metri (prova DIN1). Al di sotto dei depositi fini limoso-sabbiosi sono presenti dei depositi di natura argilloso-limosa fino a circa 6.40 m di profondità, e poi seguono dei depositi di natura argillosa (probabile substrato terziario pliocenico) che risultano caratterizzati da un buon grado di compattazione che aumenta con l'aumentare della profondità. Dal punto di vista geotecnico risulta che fino alla profondità di circa 3.80/4.60 metri dall'attuale piano campagna il terreno è caratterizzato da scadenti parametri geotecnici (limi sabbiosi). Lo strato di terreno riscontrato a partire da circa 3.80/4.60 m e fino a circa 6.40 m (argille limose) risulta caratterizzato da mediocri parametri geotecnici. Lo stato inferiore (argille compatte), riscontrato a partire da profondità superiori a 6.40 m, risulta caratterizzato da buoni parametri geotecnici. Si confermano le indicazioni di carattere tecnico riportate nel 8.1 Prescrizioni tecniche della Relazione Geologica redatta in data 23/04/2012 dove viva indicato quanto segue: Lo scrivente suggerisce, in considerazione della natura litostratigrafica e geotecnica del terreno, di realizzare per l'opera in progetto una fondazione che deve intestarsi tassativamente almeno all'interno dello strato caratterizzato da argille limose, riscontrato a partire da una profondità che varia da circa 3.80 metri (nella prova DIN3) a circa 4.60 metri (nella prova DIN1). Potrà anche essere valutata la soluzione di bonifica del terreno con asportazione del materiale geotecnicamente scadente e sostituzione dello stesso con materiale drenante (ghiaia e ciottoli) caratterizzato da parametri geotecnici

14 13 buoni, per spessori non inferiori a metri, oppure riducendo parzialmente tale spessore a seguito di posa di telo geocomposito (geogriglia in PP + geotessile) tipo TENAX GT 440, da utilizzare per la stabilizzazione di sottofondi, ottenuto accoppiando una geogriglia biorientata a struttura regolare costituita da polimeri aventi alta resistenza meccanica e notevole inerzia chimica, fisica e biologica, e stabilizzati all azione dei raggi U.V. con aggiunta di nerofumo ed accoppiata per termosaldatura ad un geotessile anticontaminante da 140 g/m². In relazione a quanto fin qui esposto non si rilevano elementi geologicotecnici e geomorfologici che siano di impedimento all'intervento in progetto. Si raccomanda, comunque, di verificare l omogeneità dei terreni di intestazione delle fondazioni, mentre i carichi ammissibili dovranno far riferimento ai valori di capacità portante ottenuti dai calcoli delle fondazioni verificate e delle loro dimensioni. Inoltre, dovrà essere previsto un efficiente sistema di raccolta e canalizzazione delle acque sia lateralmente che al di sotto della pavimentazione delle opere in progetto, per migliorare le condizioni di stabilità e salubrità delle strutture e dei fabbricati. Le acque raccolte dovranno confluire nel sistema di regimazione delle acque meteoriche previsto nel progetto. Le opere o strutture interrate dovranno essere per sicurezza, comunque, impermeabilizzate. Chivasso, 26/07/2012 dott. geol. Mauro Castelletto

15 INDICE 1. PREMESSA UBICAZIONE DELL AREA OPERE IN PROGETTO ASSETTO LITOSTRATIGRAFICO CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOTECNICA DEL TERRENO PARAMETRI GEOTECNICI STIMA DELLA CAPACITÀ PORTANTE Verifiche allo stato limite ultimo (SLU) dell'insieme fondazione -terreno (GEO) Verifiche in condizioni a lungo termine, drenate CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE... 12